HackerBox 0034: SubGHz: 15 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Šomēnes HackerBox Hackers pēta programmatūras definētu radio (SDR) un radiosakarus frekvencēs, kas zemākas par 1 GHz. Šajā pamācībā ir informācija, lai sāktu darbu ar HackerBox #0034, kuru var iegādāties šeit, kamēr beidzas krājumi. Turklāt, ja vēlaties katru mēnesi saņemt šādu HackerBox tieši savā pastkastē, lūdzu, abonējiet vietni HackerBoxes.com un pievienojieties revolūcijai!

HackerBox 0034 tēmas un mācību mērķi:

• SDR radio uztvērēju konfigurēšana un izmantošana
• Mobilās SDR operācijas
• CCStick Sub-GHz uztvērēja montāža
• CCStick programmēšana, izmantojot Arduino ProMicros
• FM audio raidītāju un uztvērēju montāža

HackerBoxes ir ikmēneša abonēšanas kastes pakalpojums DIY elektronikai un datortehnoloģijai. Mēs esam hobiji, veidotāji un eksperimentētāji. Mēs esam sapņu sapņotāji. HACK PLANET!

1. darbība: HackerBox 0034: kastes saturs

• USB programmatūras definēts radio (SDR) uztvērējs
• MCX antena SDR uztvērējam
• Divas CCStick iespiedshēmas plates
• Divi uztvērēji CC1101 ar antenām
• Divi Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• FM audio raidītāju komplekts
• FM audio uztvērēja komplekts
• MicroUSB kabelis
• Ekskluzīvs radio oscilatora "Hertz" tapa

Dažas citas lietas, kas būs noderīgas:

• Lodāmurs, lodētava un pamata lodēšanas rīki
• Dators programmatūras rīku palaišanai

Vissvarīgākais - jums būs nepieciešama piedzīvojumu sajūta, DIY gars un hakeru zinātkāre. Hardcore DIY elektronika nav triviāla nodarbošanās, un HackerBoxes netiek padzirdītas. Mērķis ir progress, nevis pilnība. Kad jūs neatlaidīgi izbaudāt piedzīvojumus, lielu gandarījumu var gūt, apgūstot jaunas tehnoloģijas un cerams, ka daži projekti darbosies. Mēs iesakām spert katru soli lēnām, apdomājot detaļas un nebaidieties lūgt palīdzību.

Ir daudz informācijas pašreizējiem un potenciālajiem dalībniekiem HackerBoxes FAQ.

2. darbība. Laipni lūdzam radio, kas darbojas zem GHz

Cue mūzika: Radio KAOS

Sub-GHz tehnoloģija ir ideāla izvēle bezvadu lietojumprogrammām, kurām nepieciešams liels attālums un zems enerģijas patēriņš. Šaurjoslas pārraides var pārsūtīt datus uz attāliem centrmezgliem, bieži vien vairāku jūdžu attālumā, nepārkāpjot no mezgla uz mezglu. Šī liela attāluma pārraides iespēja samazina vajadzību pēc vairākām dārgām bāzes stacijām vai retranslatoriem. Patentēti apakšgHz protokoli ļauj izstrādātājiem optimizēt savu bezvadu risinājumu savām īpašajām vajadzībām, nevis atbilst standartam, kas varētu radīt papildu ierobežojumus tīkla ieviešanai. Lai gan daudzi esošie tīkli ar zemāku GHz frekvenci izmanto patentētus protokolus, nozare lēnām pievieno uz standartiem balstītas, sadarbspējīgas sistēmas. Piemēram, IEEE 802.15.4g standarts iegūst popularitāti visā pasaulē, un to pieņem dažādas nozares apvienības, piemēram, Wi-SUN un ZigBee.

Dažas interesantas izpētāmās frekvences ir šādas: 88-108 MHz FM apraide NOAA laika radio gaisa satiksmes kontrole 315 MHz bez atslēgas ieejas tālrunis (lielākā daļa amerikāņu automašīnu) 2 m šķiņķa zvans (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Dažādu veidu sakariem šajās frekvencēs tiek izmantotas dažādas modulācijas shēmas. Veltiet dažas minūtes, lai iepazītos ar pamatiem.

3. darbība: programmatūras definēts radio (SDR) uztvērējs

Tradicionālie radio komponenti (piemēram, modulatori, demodulatori un uztvērēji) tiek ieviesti, izmantojot aparatūras ierīču kolekciju. Mūsdienu skaitļošanas un analogo ciparu pārveidotāju (ADC) parādīšanās ļauj lielāko daļu no šiem tradicionāli uz aparatūru balstītajiem komponentiem ieviest programmatūrā. Tādējādi termins programmatūras definēts radio (SDR). Datora SDR nodrošina lētu platjoslas radio uztvērēju ieviešanu.

RTL-SDR ir USB dongle, ko var izmantot kā datorizētu radio uztvērēju tiešo radiosignālu uztveršanai. Tiešsaistē ir pieejams plašs informācijas klāsts, lai eksperimentētu ar RTL-SDR tehnoloģiju, ieskaitot īsu lietošanas pamācību.

4. darbība: RTL-SDR USB dongle aparatūra

RTL2832U ir augstas veiktspējas DVB-T COFDM demodulators, kas atbalsta USB 2.0 saskarni. RTL2832U atbalsta 2K vai 8K režīmu ar 6, 7 un 8MHz joslas platumu. Automātiski tiek konstatēti modulācijas parametri, piemēram, koda ātrums un aizsargu intervāls. RTL2832U atbalsta skaņotājus IF (vidējā frekvence, 36,125 MHz), zemas IF (4,57 MHz) vai nulles IF izejas, izmantojot 28,8 MHz kristālu, un ietver FM/DAB/DAB+ radio atbalstu. RTL2832U, kas ir iebūvēts ar modernu ADC (analogo-ciparu pārveidotāju), nodrošina augstu portatīvās uztveršanas stabilitāti. R820T2 digitālais uztvērējs atbalsta darbību diapazonā no 24 līdz 1766 MHz.

Ņemiet vērā, ka SDR donglei ir MCX koaksiālā RF ieeja, kas savienojama ar komplektā iekļauto MCX pātagas antenu. Tā kā daudzi izplatīti signālu avoti un antenas izmanto SMA koaksiālos savienotājus, var būt noderīgs MCX-SMA savienotājs.

5. solis: SDR programmatūra - GNU radio

GNU Radio ir bezmaksas un atvērtā pirmkoda programmatūras izstrādes rīkkopa, kas nodrošina signālu apstrādes blokus programmatūras radio ieviešanai. To var izmantot ar viegli pieejamu ārējo RF aparatūru, lai izveidotu programmatūras noteiktus radioaparātus. GNU radio tiek plaši izmantots hobiju, akadēmiskajā un komerciālajā vidē, lai atbalstītu gan bezvadu sakaru izpēti, gan reālās pasaules radio sistēmas.

Ir daudz GNU Radio garšu un ieviešanu. GQRX ir jauks variants OSX un Linux lietotājiem.

6. darbība: mobilā SDR

SDR Touch var pārvērst jūsu mobilo tālruni vai planšetdatoru par pieejamu un pārnēsājamu programmatūras definētu radio skeneri. Klausieties tiešraidē ēterā FM radio stacijas, laika ziņas, policiju, ugunsdzēsības un avārijas stacijas, taksometru satiksmi, lidmašīnas sakarus, analogās TV pārraides audio, HAM radioamatierus, digitālās pārraides un daudz ko citu.

Lai savienotu SDR USB dongli ar mobilo ierīci, ir nepieciešams ceļā esošs (OTG) USB kabelis vai adapteris. Atslēgas barošanai var būt nepieciešams OTG kabelis ar papildu (papildu) barošanas portu. Papildu barošanas ports var būt laba ideja neatkarīgi no tā, jo tādai lietotnei kā SDR Touch ir tendence ātri iztukšot akumulatorus mobilajās ierīcēs.

7. darbība: mikrofona raidītāja komplekts

Šis lodēšanas komplekts ir vienkāršs trīs tranzistoru frekvences modulējošs (FM) audio raidītājs. Tas darbojas frekvenču diapazonā no 80 MHz līdz 108 MHz, kas piešķirts FM apraides radio. Raidītāja darba spriegums ir 1,5V-9V, un tas pārraidīs vairāk nekā 100 metrus atkarībā no piegādātās jaudas, antenas konfigurācijas, regulēšanas un apkārtējās vides elektromagnētiskajiem faktoriem.

Komplekta saturs:

• PCB
• VIENS 500KOhm trimmeris
• Divi NPN 9018 tranzistori
• ONE NPN 9014 tranzistors
• ONE 4,5 apgriezienu induktors (4T5)
• Divi 5,5 pagrieziena induktori (5T5)
• ONE Electret mikrofons
• ONE 1M rezistors (BrownBlackGreen)
• DIVI 22K rezistori (RedRedOrange)
• ČETRI 33 omi rezistori (OrangeOrangeBlack)
• TRĪS 2.2K (2K2) rezistori (RedRedRed)
• ONE 33uF elektrolītiskais vāciņš
• ČETRI 30pF keramikas kondensatori “30”
• ČETRI 100nF keramikas kondensatori “104”
• ONE 10nF keramikas kondensators “103”
• Divi 680pF keramikas kondensatori “681”
• Divi 10pF keramikas kondensatori “10”
• Antenas vads
• 9V akumulatora skava
• Galvenes tapas (pārtraukums līdz 2 un 3 tapām)

Ņemiet vērā, ka trim tranzistoriem, mikrofonam un vienam elektrolītiskajam kondensatoram jābūt orientētiem, kā parādīts PCB sietspiedē. Induktori un keramikas kondensatori nav polarizēti. Lai gan vērtības un tipi nav savstarpēji aizvietojami, tos var ievietot jebkurā virzienā.

Ja esat jauns lodētājs: tiešsaistē ir daudz lielisku rokasgrāmatu un videoklipu par lodēšanu. Šeit ir viens piemērs. Ja jums liekas, ka jums nepieciešama papildu palīdzība, mēģiniet savā reģionā atrast vietējo veidotāju grupu vai hakeru vietu. Arī radioamatieru klubi vienmēr ir lieliski elektronikas pieredzes avoti.

8. solis: Mikrofona raidītāja komplekta dizains

Ievades audio signālu var savākt ar iebūvēto elektreta mikrofonu vai ievadīt no cita elektrības avota ievades galvenes tapās. Mikrofona vadus var pagarināt, izmantojot citu komponentu vadus vai apgrieztus vadus, lai varētu izveidot savienojumu ar PCB. Mikrofona vads, kas savienots ar mikrofona ārējo korpusu, ir negatīvais vads, kā parādīts attēlā.

Pie tranzistora Q1 frekvences modulācija tiek panākta, kad nesēja oscilatora frekvenci maina audio signāls. Trimmera potenciometru var izmantot, lai pielāgotu audio signāla ieejas vājināšanos. Audio signāls ir savienots ar tranzistora Q1 bāzi, izmantojot C2.

Tranzistors Q2 (kopā ar R7, R8, C4, C5, L1, C8 un C7) nodrošina augstfrekvences oscilatoru. C8 ir atgriezeniskās saites kondensators. C7 ir līdzstrāvas bloķēšanas kondensators. C5 un L1 nodrošina oscilatora rezonanses tvertni. C5 un/vai L1 vērtību maiņa mainīs pārraides frekvenci. Pēc sākotnējās montāžas noklusējuma pārraides frekvence būs aptuveni 83 MHz. Viegli izkliedējot spoles L1 pagriezienus, niecīga daļa mainīs induktora L1 vērtību un attiecīgi mainīs pārraides frekvenci. Turot frekvenci aptuveni 88–108 MHz, signālu varēs uztvert, izmantojot jebkuru FM radio, ieskaitot SDR uztvērēju.

Tranzistors Q3 (kopā ar R9, R10, L2, C10 un C1) veido augstfrekvences jaudas pastiprinātāja ķēdi. Modulētais signāls ir savienots ar pastiprinātāja ķēdi caur kondensatoru C6. C10 un L2 veido pastiprināšanas tvertni. Maksimālā izejas jauda tiek sasniegta, ja C10 un L2 pastiprināšanas cilpa ir noregulēta uz tādu pašu frekvenci kā nesēja oscilatora cilpa C5 un L1.

Visbeidzot, C12 un L3 nodrošina antenas virzīšanu, kur pastiprinātais signāls tiek ievadīts stiepļu antenā, lai to pārraidītu kā radiofrekvences elektromagnētiskos viļņus.

9. darbība: frekvenču modulācijas (FM) uztvērēja komplekts

Šī FM uztvērēja komplekta pamatā ir mikroshēma HEX3653, kas ir ļoti integrēts FM demodulators.

Komplektā ietilpst:

• PCB
• U1 HEX3653 mikroshēma SMD 16 tapas
• Q1 SS8050 NPN tranzistors
• L1 Induktors 100uH
• Y1 32.768KHz kristāls
• R1, R2, R3, R4 Rezistori 10KOhm
• C1, C2 elektrolītiskie kondensatori 100uF
• C3, C5 keramikas kondensatori (104) 0,1uF
• C4 keramikas kondensators (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Diodes
• Dzeltena gaismas diode
• Audio tālruņa ligzda 3,5 mm
• Četru kontaktu galvene ar džemperi
• Piecas īslaicīgas spiedpogas
• Divkāršs AA bateriju turētājs

HEX3653 uztvērēja mikroshēma darbojas 76 MHz – 108 MHz frekvenču diapazonā, kas tiek piešķirts FM apraides radio.

Komplektā ietilpst piecas pogas:

• Frekvences regulēšana (SEEK +, SEEK-)
• Skaļuma regulēšana (VOL +, VOL-)
• Jauda (PW)

Ķēdes darba spriegums ir 1,8-3,6 V, ko viegli piegādā divas 1,5 V šūnas.

10. solis: HEX3653 FM uztvērēja komplekta dizains

Antenas ieejai ir divas iespējas.

Vadu var pievienot PCB "A" spilventiņam, vai austiņu vada ekranējums var kalpot kā antena.

Četru kontaktu galvene kalpo kā antenas slēdzis (marķēts kā ASW). Īssavienojuma džempera izvietojums uz ASW izvēlas starp divām antenas ieejām. Īssavienojuma tapas 1 un 2 novirza ārējās antenas "A" signālu uz HEX3653 mikroshēmas ceturto tapu. Alternatīvi, 2. un 3. īssavienojuma tapas novirza austiņu ligzdas vairoga tapu pie HEX3653 mikroshēmas četras tapas.

HEX3653 mikroshēmas ceturtā tapa ir radio frekvences (RF) ievade uztvērēja mikroshēmā. Izvēlētais RF signāls vispirms iet caur L1 un C4, kas darbojas kā filtrs. Pēc tam tiek izmantotas divas griešanas diodes, lai ierobežotu pārmērīgu ieejas spriegumu.

Piecu kontaktu galvene (apzīmēta ar B) ļauj uztvērēja moduli integrēt citā sistēmā. Ir divas tapas barošanas avota ieejai (+V, zeme) un trīs audio izejai (labā, kreisā, zemētā).

11. solis: HEX3653 FM uztvērēja komplekta salikšana

Trīs keramikas kondensatori un kristāls nav polarizēti, un tos var ievietot jebkurā virzienā. Tie nav savstarpēji aizvietojami, bet katrs var tikt pagriezts savā orientācijā. Visas pārējās sastāvdaļas ir jāuzstāda atbilstoši PCB sietspiedē norādītajai orientācijai. Kā parasti, vislabāk ir sākt ar SMD mikroshēmu un pēc tam pāriet uz mazākajām/īsākajām sastāvdaļām, kas strādā no PCB centra uz malām. Pēdējā pievienojiet galvenes, audio ligzdu un akumulatora turētāju.

12. solis: CCStick

CCStick ir Texas Instruments CC1101 sub-GHz radio uztvērēja modulis, kas savienots ar Arduino ProMicro. Divi CCStick komplekti ir iekļauti HackerBox #0034, lai tos izmantotu kā divus sakaru saites galapunktus vai kādā citā sakaru konfigurācijā.

Texas Instruments CC1101 (datu lapa) ir zemu izmaksu sub-GHz raiduztvērējs, kas paredzēts ļoti mazjaudas bezvadu lietojumiem. Ķēde galvenokārt paredzēta rūpniecības, zinātnes un medicīnas (ISM) un maza diapazona ierīču (SRD) frekvenču joslām pie 315, 433, 868 un 915 MHz, bet to var viegli ieprogrammēt darbībai citās frekvencēs 300 348 MHz, 387-464 MHz un 779-928 MHz joslas. RF raiduztvērējs ir integrēts ar ļoti konfigurējamu pamatjoslas modemu. Modems atbalsta dažādus modulācijas formātus, un tam ir konfigurējams datu pārraides ātrums līdz 600 kbps.

13. darbība: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro pamatā ir mikrokontrolleris ATmega32U4, kuram ir iebūvēts USB interfeiss. Tas nozīmē, ka starp datoru un Arduino mikrokontrolleri nav FTDI, PL2303, CH340 vai citas mikroshēmas, kas darbojas kā starpnieks.

Mēs iesakām vispirms izmēģināt Pro Micro, nelodējot tapas savās vietās. Jūs varat veikt pamata konfigurāciju un testēšanu, neizmantojot galvenes tapas. Arī lodēšanas aizkavēšana modulī nodrošina vienu mazāk maināmo atkļūdotāju, ja rodas kādas komplikācijas.

Ja jūsu datorā nav instalēta Arduino IDE, vispirms lejupielādējiet IDE veidlapu arduino.cc. BRĪDINĀJUMS: Pirms Pro Micro programmēšanas noteikti izvēlieties 3.3V versiju sadaļā Rīki> procesors. Ja iestatīsit šo 5 V spriegumu, tas darbosies vienreiz, un pēc tam šķiet, ka ierīce nekad nepievienosies jūsu datoram, kamēr neizpildīsit tālāk norādītajā rokasgrāmatā sniegtos norādījumus "Atiestatīt uz sāknēšanas ielādētāju", kas var būt nedaudz sarežģīti.

Sparkfun ir lielisks Pro Micro savienojuma ceļvedis. Savienojuma rokasgrāmatā ir detalizēts pārskats par Pro Micro plati un pēc tam sadaļa "Instalēšana: Windows" un sadaļa "Instalēšana: Mac un Linux". Izpildiet norādījumus attiecīgajā šo instalēšanas instrukciju versijā, lai Arduino IDE tiktu konfigurēts Pro Micro atbalstam. Mēs parasti sākam strādāt ar Arduino plāksni, ielādējot un/vai modificējot standarta Blink skici. Tomēr Pro Micro neietver parasto gaismas diodi 13. tapā. Par laimi, mēs varam kontrolēt RX/TX gaismas diodes, un Sparkfun ir sniegusi glītu skicīti, lai parādītu, kā. Tas ir savienojuma rokasgrāmatas sadaļā "1. piemērs: Blinkies!" Pārbaudiet, vai varat apkopot un lejupielādēt šo Blinkies! piemērs, pirms turpināt.

14. darbība: CCStick dizains un darbība

CC1101 modulis un Arduino ProMicro ir ievietoti CCStick PCB sietspiedes pusē. Citiem vārdiem sakot, divi mazākie moduļi atrodas sarkanās PCB pusē, uz kuras ir balta krāsa, un tapas izceļas no sāniem, uz kuriem nav baltas krāsas. Balto krāsu sauc par PCB sietspiedi.

Sarkanās PCB pēdas savieno CC1101 moduli un Arduino ProMicro šādi:

CC1101 Arduino ProMicro ------ ---------------- GND GND VCC VCC (3.3V) MOSI MOSI (16) MISO MISO (14) SCK SCLK (15) GD02 A0 (18) GD00 A1 (19) CSN A10 (10)

Ātrs CC1101 sākums ir izmantot Elechouse bibliotēku. Lejupielādējiet bibliotēku, šajā lapā noklikšķinot uz saites "iegūt kodu".

Izveidojiet mapi CC1101 savā Arduino bibliotēku mapē. Ievietojiet divus ELECHOUSE_CC1101 failus (.cpp un.h) šajā mapē. Šajā mapē izveidojiet arī piemēru mapi un ievietojiet tajā trīs demonstrācijas/piemēra mapes.

Atjauniniet tapas definīcijas failā ELECHOUSE_CC1101.h šādi:

#define SCK_PIN 15 #define MISO_PIN 14 #define MOSI_PIN 16 #define SS_PIN 10 #define GDO0 19 #define GDO2 18

Pēc tam ievietojiet parauga failu CC1101_RX vienā CCStick un parauga failu CC1101_TX otrajā CCStick.

CC1101 raiduztvērējam ir vairāki citi interesanti resursi un projekti, tostarp šāds piemērs:

TomXue Arduino CC1101 Arduino bibliotēka SmartRF Studio Elektrodragon CC1101 projektsCUL projektsCCManager projekts DIY nanoCUL Cits CC1101 mikrokontrolleru iestatījums

PIEZĪME PAR PĀRTRAUKUMU LIETOŠANU:

Lai izlasītu Elechouse parauga skices CC1101_RXinterruprt paraugu, savienojiet divas Arduino ProMicro tapas CCStick PCB apakšējā pusē. Tie ir 7. un 19. tapa (A1), kas savieno raiduztvērēja GDO0 signālu ar mikrokontrollera 7. tapu, kas ir viena no ārējām pārtraukuma tapām. Pēc tam atjauniniet vienu no iepriekš aprakstītajām tapas definēšanas līnijām uz "#define GDO0 7 // and 19", jo GDO0 tagad ir pārslēgts no 19. tapas uz 7. taustiņu. Tālāk failā CC1101_RXinterruprt atrodiet līnijas izsaukšanas funkciju attachInterrupt () un nomainiet pirmo parametru (pārtraukuma numuru) no "0" uz "4". Tas tiek darīts, jo ProMicro 7. tapa ir saistīta ar pārtraukumu #4.

15. solis: uzlauzt planētu

Ja jums patika šī pamācība un vēlaties, lai katru mēnesi jūsu pastkastē nonāktu uzlauzta elektronikas un datortehnikas projektu kaste, lūdzu, pievienojieties revolūcijai, pārlūkojot vietni HackerBoxes.com un abonējot mūsu ikmēneša pārsteigumu kastīti.

Sazinieties un dalieties savos panākumos zemāk esošajos komentāros vai HackerBoxes Facebook lapā. Noteikti informējiet mūs, ja jums ir kādi jautājumi vai nepieciešama palīdzība ar kaut ko. Paldies, ka esat daļa no HackerBoxes!